غشاء تبادل پروتون نانوکامپوزیتی بر پایه پلیمر طبیعی کیتوسان/ گرافن اصلاح شده برای کاربرد در پیل های سوختی پلیمری

بهبود خواص فیزیکی، مکانیکی و الکتروشیمیایی پلیمر ارزان قیمت و در دسترس کیتوسان مهم ترین چالش مرتبط با استفاده از آن به عنوان غشای تبادل پروتون در پیل های سوختی متانول مستقیم (dmfc) بشمار می رود. اصلاح شیمیایی کیتوسان و نیز استفاده از نانوذرات بر پایه گرافن اکساید می تواند در این زمینه مفید واقع شود. بنابراین در این تحقیق، مطالعه ویژگی های غشای تبادل پروتون متشکل از بستر کیتوسان (ch) و کیتوسان سولفاته (chs) و نانوذرات گرافن اکساید اولیه (go) یا اصلاح شده (sgo) به منظور بهره برداری از آنها در dmfc مدنظر قرار گرفت. نتایج بدست آمده از آزمون های ft-ir، xrd و afm حاکی از توزیع مناسب نانوذرات در بستر پلیمری بود. همچنین، حضور نانوذرات اصلاح شده بدلیل برهمکنش های مناسب با بستر پلیمری به افزایش پایداری حرارتی و مکانیکی غشاهای نانوکامپوزیتی انجامید. بعلاوه، نتایج آزمون های تعیین ظرفیت تبادل یونی و هدایت پروتونی نشان داد که نانوذرات اصلاح شده با ایجاد مجراهای پیوسته ناشی از برهمکنش های اسیدی-بازی فی ما بین گروه های سولفونیک اسید و آمید، توسعه مکانهای با مقاومت اندک در برابر پرش پروتون را تسهیل می نمایند. بر این اساس، ظرفیت تبادل یونی و هدایت پروتونی غشا بستر مخلوط حاوی 5 درصد وزنی از sgo (sgo5ch/chs/) به ترتیب 23% و 260% نسبت به غشای ch/chs افزایش یافت. انتخاب پذیری (نسبت هدایت پروتونی به عبوردهی متانول) غشای sgo5ch/chs/ نیز 4 برابر غشای اولیه بود. نهایتا، نتایج تجربی هدایت پروتونی غشاهای تهیه شده از سازگاری خوبی با پیش بینی یک مدل اخیرا اصلاح شده بر پایه معادلات نرنست-پلانک برخوردار بود.